Буферные системы организма

Организм человека обладает специальными механизмами координации физиологичных и биохимических процессов и может поддерживать на определенном уровне содержание разных веществ, а именно: газов, воды, электролитов, ионов металлов и водорода, биолигандов др. Эта координация, по предложению К.Кеннона, была названа гомеостазом. Важной составляющей этого процесса является поддержание определенного значения рН среды биологических жидкостей, что достигается посредством физиологических и физико-химических механизмов.

Физиологические системы регуляции рН связаны с работой легких, почек, кишечника и рассматриваются в курсе физиологии.

Под физико-химическими механизмами нужно понимать действие буферных систем. Они представляют возможность организма как открытой термодинамический системе реализовать принцип Ле Шателье, то есть активно противодействовать влиянию внешних факторов, направленных на изменение кислотности его физиологичных жидкостей – крови, желчи, мочи, секретов внутренних желез и тому подобное.

К биологическим буферным системам организма принадлежат четыре вида буферных растворов: гидрокарбонатный, фосфатный, гемоглобиновый и белковый. Они характеризуются разной буферной емкостью и содержанием в физиологических жидкостях. Если в плазме крови функционируют гидрокарбонатная, фосфатная и белковая буферные системы, то в эритроцитах преобладает гемоглобиновая, потому что на нее приходится 75% буферной емкости. В клетках, моче и секретах желез пищеварения самой важной является фосфатная буферная система.

Фосфатная буферная система характеризуется небольшой буферной емкостью, что объясняется малой концентрацией фосфат-ионов в плазме крови. При температуре 36,6° С отношения концентрации ионов НРО₄^2-/Р2РО₄^- в плазме практически не изменяется при наличии в крови кислотных или щелочных продуктов. С кислотой, которая попадает в кровь, реагируют гидрофосфат-ионы, а с основанием – ионы дигидрофосфата.

Гидрогенкорбонатная буферная система действует преимущественно в эритроцитах и во внеклеточных жидкостях. Она характеризуется большой буферной емкостью и тесно связана с действием других буферных систем организма. Состоит из слабой карбонатной кислоты, что образуется в результате гидратации углекислого газа как конечного продукта ферментного окисления углеводов, липидов и белков. Вторым компонентом этой буферной системы являются гидрокарбонат-ионы, которые образуются в результате диссоциации кислоты, или при связывании углекислого газа гидроксид-ионами, что является наиболее вероятным.

Значение рН крови определяется концентрацией растворенной в крови свободной карбонатной кислоты и ионов гидрокарбонату, которые в составе буфера выполняют функцию „соли”.

Избыток ионов гидрокарбоната обеспечивает так называемый щелочной резерв крови, что отвечает 25-30 ммоль/л химически связанного углекислого газа.

При попадании в кровь кислот ионы водорода реагируют с гидрокарбонат-ионами и вместо сильной кислоты образуется эквивалентное количество слабой угольной кислоты. Ее избыток легко дегидратируется в легких под действием карбоангидразы и выводится из организма.

При поступлении в кровь щелочных продуктов они нейтрализуются кислотой. В данном случае сильное основание заменяется ионами гидрокарбоната, которые выводятся из организма почками. Следовательно, рН крови остается практически неизменным.

Белковая буферная система действует в клетках организма. Складывается преимущественно из альбуминов, что содержатся в плазме крови. Механизм буферного действия системы объясняют наличием в молекулах белков остатков аминокислот, которые выявляют амфотерные свойства. Поэтому белки противодействуют изменению рН, вступая в реакции как с кислотами, так и с основаниями.

Отметим, что белковая (протеиновая) буферная система активно функционирует вместе с гдрокарбонатной. Их взаимодействие является важным фактором, что противодействует изменению рН в результате значительного роста концентрации углекислого газа в крови, например при активной работе мышц или при уменьшении скорости его выделения легкими.

Таким образом, за счет общего действия обоих буферных систем концентрация анионов аминокислот и гидрокарбонат-ионов в крови остается неизменной.

Гемоглобиновая буферная система проявляет свое действие в эритроцитах. Ее часть в обеспечении буферной емкости крови составляет приблизительно 75%. Эта буферная система является разновидностью белковых буферов, поскольку состоит из протеинов, то есть восстановленной и окисленной форм гемоглобина. Обе формы гемоглобина взаимосвязанные, потому что гемоглобин, присоединяя кислород, превращается в восстановленной оксигемоглобин.

Гемоглобин и оксигемоглобин взаимодействуют как с сильными кислотами, так и с основаниями, нейтрализуя их.

Отметим, что буферные системы тесно взаимодействуют между собой. Так, с действием гемоглобиновой и гидрокарбонатной буферных систем связан транспорт кислорода и углекислого газа в организме.

Дата добавления: 2015-07-10